EP1403517A1 - Ventilanordnung für eine Vakuumpumpe - Google Patents

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EP1403517A1
EP1403517A1 EP03019106A EP03019106A EP1403517A1 EP 1403517 A1 EP1403517 A1 EP 1403517A1 EP 03019106 A EP03019106 A EP 03019106A EP 03019106 A EP03019106 A EP 03019106A EP 1403517 A1 EP1403517 A1 EP 1403517A1
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valve
valve arrangement
hollow body
arrangement according
spring
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/102—Disc valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/102—Adaptations or arrangements of distribution members the members being disc valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F16K17/0493—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with a spring other than a helicoidal spring

Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for a vacuum pump according to the preamble of the 1st claim for protection.
  • Vacuum pumps of the type described here, in which the invention can be usefully applied are distinguished by the fact that they work dry in the pumping chamber. This also results in the requirement for lubricant-free components, such as. B. valves that are directly connected to the pump.
  • valves whose closure element, which is generally referred to as a valve disk, is moved in the direction of flow. When closed, the valve disc sits flat on the valve seat.
  • spring elements in valves (US Pat. No. 4,790,726): metallic springs encounter difficulties when used in dry components, in particular when they come into contact with unlubricated surfaces. The abrasion that occurs when such a combination is used can lead to serious malfunctions of the component in question.
  • Another common solution is to use solid O-rings for lubricant-free pumps.
  • the invention is based on the object of presenting a valve arrangement which does not have the disadvantages mentioned above and can be used in many ways, in particular for operation under vacuum.
  • valve spring according to the invention is first of all that there is no metallic abrasion.
  • the shape of a hollow body has a much better spring effect than solid rings.
  • the range of deformation is greater than that of the solid rings, and less forces are required for the deformation.
  • Hollow rings made of different elastomeric materials with different elastic properties are easily available on the market. Geometric dimensions, such as Diameter, wall thickness and length can be varied without any problems, so that spring constants such as rigidity can be easily adapted to the requirements. If the range of spring action is limited so that the inner diameter of the spring washers does not become zero, there is no fatigue and the service life is almost unlimited.
  • the forces can be increased significantly by multiplying the turns (concentric rings or spiral shape). Another way to vary the forces is to use individual spring elements as a segment.
  • FIG. 1a-1c show sections through the arrangement according to the invention with different cross sections.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the valve spring.
  • 3-6 show top views of different embodiments.
  • valve arrangements in FIGS. 1a-1c essentially consist of a valve plate 1, a valve seat 4 and a valve spring 12.
  • the movement of the valve plate 1 takes place perpendicular to the direction of flow (marked by arrows). In the closed state, it lies flat on the valve seat 4. The resting is effected by the valve spring 12 according to the invention.
  • the valve plate 1 is provided on the side facing the valve seat 4 with a flat sealing element 5. This sealing element can be formed by a coating.
  • the valve spring 12 is designed as a hollow body. This can take the form of a tube with different cross sections (example Fig. 1 a, 1 b, 1 c) or a porous body (Fig. 2). Further embodiments in the form of concentric rings (FIG. 4), a spiral (FIG. 5) or consisting of several segments (FIG. 6) are possible.

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Ventilanordnung für eine Vakuumpumpe vor. Die Ventilanordnung besteht im wesentlichen aus einem Ventilteller (1 ), einem Ventilsitz (4) und einer Ventilfeder (12). Die Ventilfeder ist aus elastischem Material hergestellt. Sie ist erfindungsgemäß als Hohlkörper ausgebildet. <IMAGE> <IMAGE> <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruches.
  • Vakuumpumpen der hier beschriebenen Art, bei welchen die Erfindung sinnvoll angewandt werden kann, zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Schöpfraum trocken arbeiten. Damit ergibt sich auch die Forderung nach schmiermittelfreien Komponenten, wie z. B. Ventilen, die unmittelbar mit der Pumpe verbunden sind.
  • Insbesondere handelt es sich im Rahmen der Erfindung um Ventile, deren Verschlusselement, welches in der Regel als Ventilteller bezeichnet wird, in Durchflussrichtung bewegt wird. In geschlossenem Zustand sitzt der Ventilteller plan auf dem Ventilsitz auf. Für die Verwendung von Federelementen in Ventilen (US 4,790,726) wurden unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen: Metallische Federn stoßen bei der Verwendung in trockenen Bauteilen auf Schwierigkeiten, insbesondere bei der Berührung mit ungeschmierten Oberflächen. Der Abrieb, der bei der Verwendung einer solchen Kombination entsteht, kann zu schwerwiegenden Funktionsstörungen des betreffenden Bauteils führen. Eine andere gebräuchliche Lösung besteht in der Verwendung von massiven O-Ringen für schmiermittelfreie Pumpen. Einer der Hauptgründe, warum solche O-Ringe keine gute Federwirkung aufweisen, ist, dass deren Material im Zentrum der Ringe sehr schwer verformbar ist und eine Verformung nur unter Einwirkung von großen Kräften auftritt. Dazu kommt, dass verformbare O-Ringe einen Querschnitt aufweisen, welcher durch zwei gegenüberliegende Flächen, verbunden mit Zylinderhalbschalen, bestimmt ist. Diese Tatsachen ergeben zusammen eine nicht lineare Federwirkung und einen äußerst geringen Verformungsspielraum. Eine weitere Lösung besteht in der Verwendung von metallischen Federelementen, welche mit einer elastischen Hülle umgeben sind. Die Herstellung solcher Bauteile ist aufwändig und teuer.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung vorzustellen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist und vielfältig verwendbar ist, insbesondere für den Betrieb unter Vakuum.
  • Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 - 10 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
  • Der VorteiLder erfindungsgemäßen Ventilfeder besteht zunächst darin, dass kein metallischer Abrieb entsteht. Die Form eines Hohlkörpers bewirkt eine wesentlich bessere Federwirkung als massive Ringe. Der Verformungsspielraum ist größer als der massiver Ringe, und es sind nicht so große Kräfte zur Verformung nötig. Hohlringe aus verschiedenen elastomeren Materialien mit unterschiedlichen elastischen Eigenschaften sind auf dem Markt leicht erhältlich. Geometrische Abmaße, wie Durchmesser, Wandstärke und Länge, können problemlos variiert werden, so dass Federkonstanten, wie Steifigkeit , ohne weiteres den Erfordernissen angepasst werden können. Wenn der Bereich der Federwirkung so eingeschränkt wird, dass der innere Durchmesser der Federringe nicht Null wird, tritt keine Ermüdung ein und die Lebensdauer ist nahezu unbegrenzt. Durch Vervielfachung der Windungen (konzentrische Ringe oder Spiralform) können die Kräfte noch wesentlich erhöht werden. Eine weitere Möglichkeit, die Kräfte zu variieren, besteht in der Verwendung von einzelnen Federelementen als Segment.
  • An Hand der Figuren 1 - 6 soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Fig. 1a - 1 c zeigen Schnitte durch die erfindungsgemäße Anordnung mit verschiedenen Querschnitten.
    Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventilfeder.
    Fig. 3 - 6 zeigen Draufsichten verschiedener Ausführungsformen.
  • Die Ventilanordnungen in den Fig. 1a - 1c bestehen im wesentlichen aus einem Ventilteller 1, einem Ventilsitz 4 und aus einer Ventilfeder 12. Die-Bewegung des Ventiltellers 1 erfolgt senkrecht zur Durchflussrichtung (durch Pfeile markiert). In geschlossenem Zustand liegt er plan auf dem Ventilsitz 4 auf. Das Aufliegen wird durch die erfindungsgemäße Ventilfeder 12 bewirkt. Zur Abdichtung ist der Ventilteller 1 auf der dem Ventilsitz 4 zugewandten Seite mit einem planen Dichtelement 5 versehen. Dieses Dichtelement kann durch eine Beschichtung gebildet werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Ventilfeder 12 als Hohlkörper ausgebildet. Dieser kann die Form eines Schlauches mit verschiedenen Querschnitten (Bsp. Fig. 1 a, 1 b, 1 c) oder auch eines porösen Körpers (Fig. 2) aufweisen. Weitere Ausführungsformen in Form von konzentrischen Ringen (Fig. 4), einer Spirale (Fig. 5) oder aus mehreren Segmenten bestehend (Fig. 6), sind möglich.

Claims (10)

  1. Ventilanordnung, bestehend im wesentlichen aus Ventilteller (1), Ventilsitz (4) und Ventilfeder (12), wobei der Ventilteller (1) senkrecht zur Durchflussrichtung bewegt wird und in geschlossenem Zustand plan auf dem Ventilsitz (4) aufliegt und die Ventilfeder (12) aus elastomeren Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder die Form eines aus einem oder mehreren Teilen bestehenden Hohlkörpers (12-16) aufweist.
  2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper in Form eines Schlauches ausgebildet ist.
  3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper einen runden Querschnitt aufweist.
  4. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper einen vieleckigen Querschnitt aufweist.
  5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper aus mehreren konzentrischen Elementen (14) besteht.
  6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper die Form einer Spirale (15) aufweist.
  7. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder aus mehreren Segmenten (16) besteht.
  8. Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper durch eine poröse Struktur (13) gebildet wird.
  9. Ventilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller durchgehend mit einem planen Dichtelement (5) versehen ist.
  10. Ventilteiller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) durch eine Beschichtung gebildet wird.
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